Hier in de Verenigde Staten noemden we tunnelen door middel van boren en ontploffen ‘conventioneel’ tunnelen, wat naar mijn mening het tunnelen door middel van TBM of andere gemechaniseerde middelen overlaat als ‘onconventioneel’.Met de evolutie van de TBM-technologie wordt het echter steeds zeldzamer om tunneling uit te voeren door middel van drill-and-blast en als zodanig willen we misschien nadenken over het omdraaien van de uitdrukking en beginnen te verwijzen naar tunneling door drill-and-blast als ‘onconventioneel’. 'tunnelen.
Tunnelen door middel van boren en ontploffen is nog steeds de meest gebruikelijke methode in de ondergrondse mijnbouw, terwijl tunnelen voor infrastructuurprojecten steeds meer gemechaniseerde tunneling door TBM of andere methoden wordt.Echter, in korte tunnels, bij grote doorsneden, caverneconstructies, cross-overs, dwarsdoorgangen, schachten, sluisdeuren etc. is Drill and Blast vaak de enig mogelijke methode.Door Drill and Blast hebben we ook de mogelijkheid om flexibeler te zijn in het aanpassen aan verschillende profielen vergeleken met een TBM-tunnel die altijd een cirkelvormige doorsnede geeft, vooral voor snelwegtunnels, wat resulteert in veel overmatige uitgraving in verhouding tot de daadwerkelijk benodigde doorsnede.
In de Scandinavische landen, waar de geologische formatie van ondergrondse constructies vaak bestaat uit massief hard graniet en gneis, wat zich zeer efficiënt en economisch leent voor boor- en explosiemijnbouw.Het Stockholm Subway System bestaat bijvoorbeeld doorgaans uit een blootliggend rotsoppervlak dat is geconstrueerd met behulp van Drill and Blast en is bespoten met spuitbeton als laatste voering zonder enige gegoten voering.
Momenteel is het project van AECOM, de Stockholm Bypass, bestaande uit een snelweg van 21 km (13 mijl) waarvan 18 km (11 mijl) ondergronds onder de westelijke archipel van Stockholm, in aanbouw, zie figuur 1. Deze tunnels hebben variabele dwarsdoorsneden, om drie rijstroken in elke richting mogelijk te maken, worden op- en afritten aangelegd die aansluiten op het oppervlak met behulp van de Drill and Blast-techniek.Dit soort projecten is nog steeds concurrerend als Drill en Blast vanwege de goede geologie en de behoefte aan variabele dwarsdoorsneden om aan de ruimtevereisten te voldoen.Voor dit project zijn verschillende toegangshellingen ontwikkeld om de lange hoofdtunnels in meerdere secties op te splitsen, waardoor de totale tijd voor het uitgraven van de tunnel wordt verkort.De initiële ondersteuning van de tunnel bestaat uit rotsbouten en 10 cm spuitbeton en de uiteindelijke voering bestaat uit een waterdichtingsmembraan en 10 cm spuitbeton, opgehangen aan bouten op een afstand van ongeveer 1,20 bij 1,5 meter, geïnstalleerd op 1 voet van het met spuitbeton beklede rotsoppervlak, werkt als een water- en vorstbeschermingsmiddel. isolatie.
Noorwegen is nog extremer als het gaat om het tunnelen door Drill and Blast en heeft in de loop der jaren de methoden voor Drill and Blast tot in de perfectie verfijnd.Met de zeer bergachtige topografie in Noorwegen en de zeer lange fjorden die het land insnijden, is de behoefte aan tunnels onder de fjorden voor zowel de snelweg als het spoor van groot belang en kan deze de reistijd aanzienlijk verkorten.Noorwegen heeft meer dan 1000 wegtunnels, het aantal ter wereld.Daarnaast is Noorwegen ook de thuisbasis van talloze waterkrachtcentrales met sluistunnels en schachten die zijn gebouwd door Drill and Blast.In de periode 2015 tot 2018 werd er alleen al in Noorwegen ongeveer 5,5 miljoen CY aan ondergrondse rotsopgravingen gedaan door Drill and Blast.De Scandinavische landen perfectioneerden de techniek van Drill and Blast en verkenden de technologieën en state-of-the-art ervan over de hele wereld.Bovendien is Drill and Blast in Midden-Europa, vooral in de Alpenlanden, nog steeds een concurrerende methode bij het tunnelen, ondanks de lange lengte van de tunnels.Het belangrijkste verschil met de Scandinavische tunnels is dat de meeste Alpentunnels een ter plaatse gegoten betonnen eindbekleding hebben.
In het noordoosten van de VS en in de Rocky Mountains-regio's zijn er vergelijkbare omstandigheden als in de Scandinavische landen, met harde, competente rotsen die economisch gebruik van Drill en Blast mogelijk maken.Enkele voorbeelden zijn de New York City Subway, de Eisenhower Tunnel in Colorado en de Mount McDonald Tunnel in de Canadese Rockies.
Recente transportprojecten in New York, zoals de onlangs voltooide Second Avenue Subway of het East Side Access-project, hebben een combinatie gehad van door TBM gedolven looptunnels met Station Caverns en andere hulpruimte uitgevoerd door Drill and Blast.
Het gebruik van boorjumbo's is in de loop der jaren geëvolueerd van de primitieve handboormachines of jumbo's met één giek naar de computergestuurde zelfborende Jumbo's met meerdere giek, waarbij boorpatronen in de boordcomputer worden ingevoerd, waardoor snel en met hoge nauwkeurigheid kan worden geboord tot op een nauwkeurig niveau. -nauwkeurig berekend boorpatroon instellen.(zie afb. 2)
De geavanceerde boorjumbo's zijn volledig geautomatiseerd of semi-automatisch;in het eerste geval beweegt de boor zich na voltooiing van het gat terug en beweegt automatisch naar de volgende gatpositie en begint met boren zonder dat de operator de positionering hoeft te doen;bij de semi-automatische gieken verplaatst de operator de boor van gat naar gat.Hierdoor kan één machinist boorjumbo's met maximaal drie gieken effectief bedienen met behulp van de boordcomputer.(zie afb. 3)
Met de ontwikkeling van Rock Drills met een slagvermogen van 18, 22, 30 en tot 40 kW en hoogfrequente boren met feeders die drifterhengels van maximaal 20 voet kunnen bevatten en het gebruik van het geautomatiseerde Rod Adding System (RAS), zijn de voortgang en snelheid Het boren is enorm verbeterd met een daadwerkelijke voortgangssnelheid van maximaal 4,5 meter per ronde en een gatdaling tussen 2,5 en 3 meter per minuut, afhankelijk van het type steen en de gebruikte boor.Een geautomatiseerde boorjumbo met 3 armen kan 800 – 1200 ft/uur boren met 20 ft Drifter Rods.Het gebruik van 20 FT drifter rods vereist een bepaalde minimale tunnelgrootte (ongeveer 25 FT) om het mogelijk te maken rotsbouten loodrecht op de tunnelas te boren met dezelfde apparatuur.
Een recente ontwikkeling is het gebruik van multifunctionele jumbo's die aan de tunnelkroon hangen, waardoor meerdere functies tegelijkertijd kunnen plaatsvinden, zoals boren en uitmesten.De jumbo kan ook worden gebruikt voor het plaatsen van tralieliggers en spuitbeton.Deze aanpak overlapt opeenvolgende bewerkingen bij het tunnelen, wat resulteert in een tijdbesparing op de planning.Zie afbeelding 4.
Het gebruik van bulkemulsie om de gaten te vullen vanuit een afzonderlijke laadwagen, wanneer de boorjumbo voor meerdere rubrieken wordt gebruikt, of als een ingebouwde functie in de boorjumbo wanneer één enkele kop wordt uitgegraven, wordt steeds gebruikelijker, tenzij er zijn lokale beperkingen voor deze toepassing.Deze methode wordt veel gebruikt in verschillende gebieden over de hele wereld, waarbij twee of drie gaten tegelijkertijd kunnen worden opgeladen;de concentratie van de emulsie kan worden aangepast afhankelijk van welke gaten worden geladen.De uitgesneden gaten en bodemgaten worden normaal gesproken geladen met een concentratie van 100%, terwijl contourgaten worden geladen met een veel lichtere concentratie van ongeveer 25% concentratie.(zie afbeelding 5)
Voor het gebruik van bulkemulsie is een booster nodig in de vorm van een staafje verpakte explosieven (primer) die samen met de ontsteker op de bodem van de gaten wordt gestoken en nodig is om de bulkemulsie die in het gat wordt gepompt te ontsteken.Het gebruik van bulkemulsie verkort de totale oplaadtijd dan bij traditionele cartridges, waarbij 80 – 100 gaten/uur kunnen worden opgeladen vanuit een laadwagen die is uitgerust met twee laadpompen en een- of tweepersoonsmanden om de volledige dwarsdoorsnede te bereiken.Zie Afb.6
Het gebruik van een wiellader en vrachtwagens is nog steeds de meest gebruikelijke manier om te uitmesten in combinatie met Drill en Blast voor tunnels met directe toegang tot de ondergrond.Bij toegang via schachten wordt de mest meestal met een wiellader naar de schacht vervoerd, waar het naar de oppervlakte wordt gehesen voor verder transport naar de uiteindelijke stortplaats.
Het gebruik van een breker aan de voorkant van de tunnel om de grotere stukken rots af te breken, zodat ze met een transportband kunnen worden overgebracht om de modder naar de oppervlakte te brengen, is een andere innovatie die in Midden-Europa werd ontwikkeld, vaak voor lange tunnels door de Alpen.Deze methode vermindert de tijd voor het uitmesten aanzienlijk, vooral bij lange tunnels, en elimineert de vrachtwagens in de tunnel, wat op zijn beurt de werkomgeving verbetert en de benodigde ventilatiecapaciteit vermindert.Het maakt ook de tunnelomkering vrij voor betonwerken.Bijkomend voordeel is dat het gesteente van een dusdanige kwaliteit is dat het gebruikt kan worden voor de productie van aggregaat.In dit geval kan het gebroken gesteente minimaal worden verwerkt voor andere nuttige toepassingen, zoals betonaggregaten, spoorballast of bestrating.Om de tijd tussen het stralen en het aanbrengen van de spuitbeton te verkorten, kan, in gevallen waar de standtijd een probleem kan zijn, de eerste spuitbetonlaag in het dak worden aangebracht voordat het uitmesten wordt gedaan.
Bij het uitgraven van grote dwarsdoorsneden in combinatie met slechte rotscondities geeft de Drill and Blast-methode ons de mogelijkheid om het vlak in meerdere rubrieken te verdelen en de Sequential Excavation Method (SEM)-methode toe te passen voor de uitgraving.Een centrale pilot-richting gevolgd door gespreide zijafwijkingen wordt vaak gebruikt in SEM bij het tunnelen, zoals te zien is in figuur 7 voor de uitgraving van de bovenste koers van het 86th Street Station op het Second Avenue Subway-project in New York.De bovenste kop werd in drie uitgravingen uitgegraven, en vervolgens gevolgd door twee uitgravingen op bankjes om de 60' brede en 50' hoge dwarsdoorsnede van de grot te voltooien.
Om het binnendringen van water in de tunnel tijdens het uitgraven tot een minimum te beperken, wordt vaak pre-graaf grouting gebruikt.Het voorafgaand aan de uitgraving aanbrengen van het gesteente is verplicht in Scandinavië om te voldoen aan de milieueisen met betrekking tot waterlekkage in de tunnel en om de impact van de constructie op het waterregime aan of nabij het oppervlak te minimaliseren.Grouting vóór de uitgraving kan worden uitgevoerd voor de hele tunnel of voor bepaalde gebieden waar de toestand van het gesteente en het grondwaterregime grouting vereisen om de waterindringing tot een beheersbare hoeveelheid te beperken, zoals in breuk- of schuifzones.Bij selectief grouten vóór de afgraving worden 4-6 sondegaten geboord en afhankelijk van het gemeten water uit de sondegaten in relatie tot de vastgestelde grouttrigger, zal het grouten worden uitgevoerd met behulp van cement of chemische grouten.
Normaal gesproken bestaat een groutventilator vóór het uitgraven uit 15 tot 40 gaten (22 tot 25 meter lang) die vóór het vlak zijn geboord en voorafgaand aan het uitgraven zijn ingegoten.Het aantal gaten is afhankelijk van de grootte van de tunnel en de verwachte hoeveelheid water.Het uitgraven wordt vervolgens uitgevoerd, waarbij een veiligheidszone van 4,5 tot 6 meter voorbij de laatste ronde wordt gelaten, wanneer het volgende sonderen en pre-uitgraven wordt gedaan.Met behulp van het hierboven genoemde geautomatiseerde Rod Adding System (RAS) kunt u eenvoudig en snel sonde- en groutgaten boren met een capaciteit van 300 tot 120 meter per uur.De vereiste van grouting vóór het uitgraven is haalbaarder en betrouwbaarder bij gebruik van de Drill and Blast-methode vergeleken met het gebruik van een TBM
De veiligheid bij boor- en explosietunnels is altijd van groot belang geweest en vereist speciale veiligheidsmaatregelen.Naast de traditionele veiligheidsproblemen bij het tunnelen, voegen de bouw door Drill and Blast de risico's aan het oppervlak, waaronder boren, opladen, schalen, uitmesten, enz., extra veiligheidsrisico's toe die moeten worden aangepakt en gepland.Met de vooruitgang van technologieën op het gebied van boor- en explosietechnieken en de toepassing van risicobeperkende benaderingen op veiligheidsaspecten is de veiligheid bij het tunnelen de afgelopen jaren aanzienlijk verbeterd.Door het gebruik van geautomatiseerd jumboboren, waarbij het boorpatroon naar de boordcomputer wordt geüpload, hoeft er bijvoorbeeld niemand voor de jumboboorcabine te staan, waardoor de potentiële blootstelling van werknemers aan potentiële gevaren wordt verminderd en dus de hun veiligheid.
De beste veiligheidsgerelateerde functie is waarschijnlijk het geautomatiseerde Rod Adding System (RAS).Met dit systeem voornamelijk gebruikt voor het boren van lange gaten in combinatie met het pre-graven van grouten en het boren van sondegaten;het uitschuifboren kan volledig geautomatiseerd vanuit de bestuurderscabine worden gedaan en elimineert daarmee het risico op letsel (vooral handletsel);anders werd het toevoegen van staven handmatig gedaan, waarbij werknemers werden blootgesteld aan verwondingen bij het met de hand toevoegen van staven.Het is vermeldenswaard dat de Norwegian Tunneling Society (NNF) in 2018 haar publicatie nr. 27 heeft uitgegeven, getiteld “Veiligheid bij Noorse boor- en explosietunnels”.De publicatie behandelt op systematische wijze maatregelen die verband houden met het gezondheids-, veiligheids- en milieubeheer tijdens het tunnelen met behulp van Drill and Blast-methoden en biedt de beste praktijken voor werkgevers, voormannen en tunnelbouwers.De publicatie weerspiegelt de stand van zaken op het gebied van de veiligheid van Drill and Blast-constructies en kan gratis worden gedownload van de website van de Norwegian Tunneling Society: http://tunnel.no/publikasjoner/engelske-publikasjoner/
Drill and Blast, toegepast in het juiste concept, zelfs voor lange tunnels, met de mogelijkheid om de lengte in meerdere rubrieken te splitsen, kan nog steeds een haalbaar alternatief zijn.Er zijn de laatste tijd aanzienlijke vorderingen gemaakt op het gebied van apparatuur en materialen, wat heeft geresulteerd in verbeterde veiligheid en verhoogde efficiëntie.Hoewel gemechaniseerd uitgraven met behulp van TBM vaak gunstiger is voor lange tunnels met een constante dwarsdoorsnede, komt de hele tunnel tot stilstand als er een storing in de TBM optreedt, wat resulteert in lange stilstand, terwijl bij Drill and Blast-operaties met meerdere richtingen de hele tunnel tot stilstand komt. de bouw kan nog steeds vooruitgang boeken, ook al stuit een rubriek op technische problemen.
Lars Jennemyr is een deskundige tunnelbouwingenieur op het kantoor van AECOM in New York.Hij heeft een levenslange ervaring in ondergrondse en tunnelbouwprojecten van over de hele wereld, waaronder Zuidoost-Azië, Zuid-Amerika, Afrika, Canada en de VS, op het gebied van transit-, water- en waterkrachtprojecten.Hij heeft ruime ervaring met conventionele en gemechaniseerde tunnelbouw.Zijn speciale expertise omvat de constructie van rotstunnels, bouwbaarheid en bouwplanning.Tot zijn projecten behoren: de Second Avenue Subway, 86th St. Station in New York;de uitbreiding van de metrolijn nr. 7 in New York;de Regional Connector en de Purple Line Extension in Los Angeles;Stadstunnel in Malmö, Zweden;het Kukule Ganga-waterkrachtproject, Sri Lanka;Uri-waterkrachtproject in India;en het Hong Kong Strategic Sewage Scheme.
Posttijd: 01 mei 2020